CZ298846B6 - Minerální vlákno - Google Patents

Abstract

Minerální vlákno má následující složení v % hmotn.: SiO.sub.2.n. 38 až 47 Al.sub.2.n.O.sub.3.n. 16 až 20 TiO.sub.2.n. 0 až 4 MgO 5 až 15 CaO 14 až 22 Na.sub.2.n.O + K.sub.2.n.O 0 až 6 železo (FeO+ Fe.sub.2.n.O.sub.3.n.) 3 až 10 P.sub.2.n.O.sub.5.n. 0,5 až 4 jiné složky 0 až 4. Pri zpusobu výroby minerálního vlákna se zvýšenou elasticitou a sníženou krehkostí se do smesi minerálu, obsahující v % hmotn.: SiO.sub.2.n. 38 až 47 Al.sub.2.n.O.sub.3.n. 16 až 20 TiO.sub.2.n. 0 až 4 MgO 5 až 15 CaO 14 až 22 Na.sub.2.n.O + K.sub.2.n.O 0 až 6 železo (FeO + Fe.sub.2.n.O.sub.3.n.) 3 až 10 jiné složky 0 až 4 pridá fosfor ve forme slouceniny fosforu v množství 0,5 až 4 % hmotn. v prepoctu na P.sub.2.n.O.sub.5.n., z této smesi se vytvorí tavenina, která je zvláknena na vlákna se zvýšenou elasticitou a sníženou krehkostí.

Description

Minerální vlákno

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká zvláknitelného minerálního prostředku, jakož i minerálních vláken z něj vyrobených, které jsou odolné proti vysokým teplotám.

Dosavadní stav techniky

Minerální vlákna, vyrobená roztavením a odstřeďováním minerálních surovin, jako je hornina, struska a podobně, e široce používají pro výrobu minerálních vláknitých rohoží a krycích fólií, určených především pro účely tepelné a zvukové izolace ve stavebnictví. Vedle vyráběných rohoží, vykazujících dobré izolační vlastnosti proti teplu a zvuku, se v současné době začíná věnovat stále větší pozornost vlastnostem těchto rohoží z hlediska hygieny práce.

Na trhuje dostupný široký výběr izolačních výrobků, které se liší nejen tepelně izolačními vlastnostmi, ale i různým stupněm tepelné odolnosti. Výrobky z tepelně odolných minerálních vláken jsou ty, které jsou schopny odolávat zvýšeným teplotám po dlouhou dobu, aniž by významně změnily svůj tvar nebo rozměry. Takovéto výrobky jsou tudíž zajímavé z hlediska požární ochrany.

Běžné sklené vlákno vzdoruje teplotám do přibližně 550 °C, kdežto tepelná odolnost běžné hor25 ninové vlny je lepší, do přibližně 700 °C. Existuje však zájem o výrobky s ještě vyšší tepelnou odolností, do 1 100 do 1 200 °C. I takové produkty jsou na trhu dostupné.

Hlavními oxidy, obsaženými v takovýchto výrobcích z tepelně odolných vláken, jsou oxid křemičitý, SiO₂, a oxid hlinitý, A1₂O₃, často však také oxidy alkalických zemin, jako ke oxid vápe30 natý, CaO, a oxid hořečnatý, MgO. Vedle toho mohou tyto výrobky obsahovat v různé míře i jiné oxidy, jako je oxid titaničitý, TiO₂, oxid manganatý, MnO, oxid boritý, B₂O₃, oxid zirkoničitý, ZrO₂, oxid chromitý, Cr₂O₃, oxidy alkalických kovů, tj. oxid sodný a draselný, Na₂O a K₂O, jakož i různé nečistoty. Pro ilustraci dosavadního stavu techniky v této oblasti lze odkázat např. na patent US 4,461,840 a patent DE-OS 1 496 662.

Tyto výrobky z tepelně odolných vláken obecně obsahují zvýšené množství A1₂O₃ a často relativně vysoká množství oxidů železa, FeO a Fe₂O₃. Železo je přítomno v důsledku skutečnosti, že mnoho ekonomicky zajímavých surovin tento kov ve větší či menší míře obsahuje. Přítomnost větších množství hliníku a železa však činí vlákna křehkých a neelastickými, a tudíž obtížně zpracovatelnými.

Podstata vynálezu

Podle předkládaného vynálezu bylo nyní zjištěno, že tato nevýhoda může být odstraněna tím, že je do vlákna přidán fosfor. Přídavek fosforu zvyšuje pružnost a houževnatost vláken, obsahujících hliník a železo. Tím se zlepšují i zpracovatelské vlastnosti výrobků z vláken. Jelikož tyto výrobky z vláken mohou být elasticky stlačeny, klesají například prostorové nároky při skladování a přepravě. Po uvolnění stlačení se produkt v důsledku elasticity vrátí do svého původního tvaru, a při použití dobře vyplní veškerý prostor ve stavební konstrukci. Kromě toho poklesne jeho tendence k tvorbě prachu, protože se sníží křehkost vláken. Ukázalo se také, že u takových vláken lze použít zvýšenou koncentraci alkálií, což může být při jistých aplikacích výhodné.

Konkrétněji, předkládaný vynález je zaměřen na minerální vlákna, která obsahují následující složky v množstvích vyjádřených v procentech hmotnostních:

- 1 CZ 298846 B6

SiO₂

A1₂O₃

TiO₂

MgO

CaO

Na₂O + K₂O železo (FeO + Fe₂O₃)

P₂O₅ jiné složky až 47 16 až 20 0 až 4 5 až 15 14 až 22 0 až 6 3 až 10 0,5 až 4 0 až 4

Výrazem Jiné složky“ se rozumí takové eventuální znečištěniny, které nemají podstatnou důležitost pro vlastnosti vyrobeného vlákna.

Je známo, že v rozsahu 0 až přibližně 15 % hmotn. je koncentrace oxidu hlinitého přímo úměrná 15 stabilitě vlákna v biologických roztocích, to jest čím více oxidu hlinitého směs obsahuje, tím je výrobek stabilnější a méně rozpustný. Při vyšší koncentraci je však tato tendence obrácená, takže rozpustnost vlákna se s rostoucí koncentrací oxidu hlinitého zvyšuje. Tak bylo podle předkládaného vynálezu získáno vlákno, které má dobrou tepelnou odolnost, dobrou elasticitu a vysokou rozpustnost v biologických roztocích.

V uvedené směsi tvoří MgO s výhodou 5 až 12 % hmotn.

Podle svého výhodného provedení je předkládaný vynález zaměřen na minerální vlákno, které má v podstatě následující složení v % hmotn.:

SiO2	40 až 44
A12O3	16 až 20
TiO2	0 až 4
MgO	8 až 12
CaO	16 až 22
Na2O + K2O	2 až 5

železo (FeO + Fe₂O₃) 3 až 8 P₂O₅ 0,5 až 2 jiné složky 0až4

Podle předkládaného vynálezu je vlákno připraveno obvyklým způsobem smíšením vhodných surovin, jako je kámen, struska, bauxit, dolomit, apatit, anorthosit, sklo nebo jiné druhy strusky a další vhodné odpadkové materiály ve vhodných poměrech, buď v původním stavu nebo ve formě slisovaných kusů (briket). Tyto suroviny se pak roztaví, například v elektrické nebo kupolové peci, a pak přemění na vlákna jakýmkoliv obvyklým způsobem, například kaskádovou centrifugací taveniny a shromažďováním vláken na běžící pás.

Dále je předkládaný vynález zaměřen na způsob výroby minerálního vlákna se zvýšenou elasticitou a sníženou křehkostí, podle kterého se do směsi minerálů, obsahující v % hmotn.:

SiO₂

A1₂O₃

TiO₂

MgO

CaO

Na₂O + K₂O železo (FeO + Fe₂O₃) jiné složky až 47 16 až 20 0 až 4 5 až 15 14 až 22 0 až 6 3 až 10 0 až 4

-2CZ 298846 B6 přidá fosfor ve formě sloučeniny fosforu v množství 0,5 až 4 % hmotn. v přepočtu na P₂O₅, z této směsi se vytvoří tavenina, která je zvlákněna na vlákna se zvýšenou elasticitou a sníženou křehkostí.

Minerální vlákna podle vynálezu se použijí pro výrobu izolačních výrobků, které mohou mít podobu rohoží a krycích fólií, určených především pro tepelnou a/nebo zvukovou izolaci.

Příklady provedení vynálezu o

Vynález je ilustrován následujícími neomezujícími příklady.

Příklad 1

V následují tabulce jsou uvedeny složky směsi, kterou byla naplněna kopolová pec, a která má složení vyjádřené v % hmotn.

Složka	Obsah příslušné horniny ve směsi (hmot. %)
Apatit, obsahující peridotit	Dolomit	Gabbroanorthosit
32	20	48
Obsah příslušné složky % hmotn.)
SiO2	45,5	8,0	45,6
A12O3	9,9	1,6	30,1
TiO2	1,8	0,2	0,2
MgO	11,4	17,8	2,3
CaO	13,7	30,1	16,9
Na2O+K2O	4,5	0,6	1,5
železo	9,7	1,7	2,7
p2o5	2,2	0,1	0,0
ztráta při spálení	1,4	39,9	0,7

Vlákna byla vyrobena kaskádovou centrifugaci obvyklým způsobem ze získané taveniny, a shromažďována na běžící pás tak, aby vznikla rohož z minerálního vlákna. Minerální vlákna měla následující složení v % hmotn.:

SiO	42,0
Al2o3	19,0
TiO2	1,0
MgO	10,0
CaO	19,0
Na2O + K2O	3,0
železo (FeO + Fe2O3)	4,0
p2o5	1,0
jiné složky	1,0

Příklad 2

Stejným způsobem, jaký je popsán v příkladu 1, byla připravena jednak vlákna podle předkládaného vynálezu (vlákno A), jednak vlákna srovnávací (vlákno B), lišící se výběrem vhodných surovin. Získaná vlákna měla následující složení v % hmotn.:

-3 CZ 298846 B6

	A	B
SiO	42,1	43,9
A12O3	18,7	19,6
5 TiO2	1,7	0,6
MgO	10,4	11,3
CaO	15,8	17,0
Na2O + K2O	2,9	1,7
železo (FeO + Fe2O3)	6,8	5,7
io P2O5	0,8	0,05
jiné složky	0,8	0,2

Vlákna A a B obsahují přibližně stejná množství oxidu hlinitého a oxidů železa, ale vlákno B obsahuje pouze zanedbatelné množství fosforu, které je ve vlákně A v mezích daných předkláda15 ným vynálezem.

Stlačitelnost vláknité rohože, mající hustotu 27 kg/m³ a vyrobené z vláken A, resp. B, byla měřena následujícím způsobem. Testovací těleso (velikosti 30x30 cm) z rohože, vyrobené z vláken A, resp. B, bylo stlačeno na stlačovacím zařízení mezi dvěma deskami na tloušťku odpovídající 20 % původní tloušťky. Testovací těleso bylo udržováno ve stlačeném stavu 5 minut, načež tlačná síla byla uvolněna a těleso se po dobu 1 minuty navracelo do původního tvaru. Testovací rohož v vlákna A podle předkládaného vynálezu vykázala v tomto testu 93 až 94% reverzibilitu (po zrušení tlaku znovuzískalo těleso 93 až 94 % své původní tloušťky), což je normální hodnota, kdežto rohož z vlákna B pouze 89 až 91 %, což je hodnota, blížící se mezím přijatelnosti. Výsledky testu tedy prokázaly, že rohož z vlákna A podle předkládaného vynálezu má lepší stlačitelnost než rohož ze srovnávacího vlákna B.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Minerální vlákno, v y z n a č u j í c í se t í m , že má následující složení v % hmotn.:

   SiO₂

   A1₂O₃

   TiO₂

   MgO

   CaO

   Na₂O + K₂O železo (FeO + Fe₂O₃)

   P₂O₅ jiné složky

   38 až 47 16 až 20 0 až 4 5 až 15 14 až 22 0 až 6 3 až 10 0,5 až 4 0 až 4.
2. 2. Minerální vlákno podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m , že MgO tvoří v jeho složení 5 až 12 % hmotn.
3. 3. Minerální vlákno podle nároku 1,vyznačující se tím, že má v podstatě následující 50 složení v % hmotn.:

   SiO₂ 40 až 44

   A1₂O₃ 16 až 20

   TiO₂ 0 až 4

   55 MgO 8 až 12

   -4CZ 298846 B6

   CaO 16 až 22

   Na₂O + K₂O 2 až 5 železo (FeO + Fe₂O₃) 3 až 8 P₂O₅ 0,5 až 2

   5 jiné složky 0 až 4.
4. 4. Způsob výroby minerálního vlákna se zvýšenou elasticitou a sníženou křehkostí, vyznačující se t í m , že se ke směsi minerálů, obsahující v % hmotn.:

   ío SiO₂ 38 až 47 A1₂O₃ 16 až 20 TiO₂ 0 až 4 MgO 5 až 15 CaO 14 až 22 15 Na₂O + K₂O 0 až 6 železo (FeO + Fe₂O₃) 3 až 10 jiné složky 0 až 4

   přidá fosfor ve formě sloučeniny fosforu v množství 0,5 až 4 % hmotn. v přepočtu na P₂Os, z této 20 směsi se vytvoří tavenina, která je zvlákněna na vlákna se zvýšenou elasticitou a sníženou křehkostí.
5. 5. Izolační výrobek, vyznačující se tím, že obsahuje vlákno podle nároků 1, 2 nebo 3.
6. 6. Izolační výrobek podle nároku 5, vyznačující se tím, že má podobu rohože nebo krycí fólie, zvláště pro tepelnou a/nebo zvukovou izolaci.